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太阳能清洁、分布广泛且可免费获取,是一种极具开发和应用前景的能源形式之一;燃料电池基于原电池反应,能量转换效率不受“卡诺循环”的限制,理论效率可以达到90%;冷热电联供系统可以很好地实现能量梯级利用,提高能源综合利用率。因此太阳能与燃料电池复合的冷热电联供系统是一种低成本、低排放而又高效的能源系统,研究此类系统可以有效提高能源利用率,缓解能源紧张,同时还可以改善我国能源结构单一的局面。本文主要研究太阳能与燃料电池等能量的高效利用,最关键的问题是太阳能光热转换及燃料电池化学能向电能、热能转换。本文构建了一种基于新结构的太阳能光热转换系统及其物理模型。基于蒙特卡洛光线追踪原理,建立了聚光系统的光学模型,.采用数值模拟的方法研究了聚光器的聚光比,腔式吸热器的光线损失等光学性能;针对腔式吸热器建立了对流-辐射换热耦合的热力学模型,模拟了多种因素对辐射和对流热损失的影响。通过对燃料电池能量转换过程的分析,建立了燃料电池的三维模型,研究了运行参数对燃料电池性能的影响,同时对燃料电池的密封材料的老化特性进行了实验研究。在此基础上提出了基于太阳能与燃料电池的冷热电联供热力循环,建立了各子系统的热力学模型以及整个系统的能耗、热力性能、经济性和环境性能等完善的数学模型。与此同时,对适用于太阳能与燃料电池复合的冷热电联供系统有机工质循环特性进行对比分析。进而采用理论分析的方法,研究了基于太阳能与燃料电池的冷热电联供系统能效、(?)效率、经济性和环境性能等。最后建立了混合灰色理论关联多层次综合评价模型,对系统进行综合评价。通过上述研究,主要获得以下结论:(1)聚光系统总误差对聚光比和会聚光斑面积影响显著,误差较小时,聚光比和会聚光斑面积对总误差更敏感;几何结构相似的腔式吸热器,其光学性能也具有一定的相似性。与三种传统吸热器相比,本文提出的新结构腔式吸热器传热性能更好,总传热损失可减小6.5%～56.8%。(2)燃料电池在大电流密度下工作生产的水显著增多,水蒸气的增多会导致反应气体分压变小,进而影响电化学反应速率;阳极气体加湿有利于质子交换膜的润湿,但是电压会有一定的减小;工作压力的提高有利于燃料电池性能的提升。水分子的存在会加速硅橡胶材料的老化,特别是在较高温度下,这种促进效果更加显著。(3)确定R601为本系统的最佳循环工质,基于此工质的Ⅰ型系统夏季和冬季能效分别为0.929和1.232,(?)效率可达58.3%;Ⅱ型系统夏季和冬季能效分别为1.190和1.391,(?)效率可达47.5%。(4)Ⅰ型系统夏季和冬季的一次能源节约率分别为64.9%和60.0%,温室气体、CO以及NOx减排率可达84.9%、97.9%和90.8%,投资回收期9.56年;Ⅱ型系统两季的一次能源节约率分别为31.8%和36.2%,三种污染物减排率分别为69.2%、95.8%和81.5%,投资回收期6.03年。与其他三种系统对比分析表明,本文提出的基于太阳能与燃料电池的冷热电联供系统拥有更好的综合性能,长期运行时可选用Ⅰ型系统,短期运行时Ⅱ型系统性能更佳。本文提出的太阳能光热转换模型更加完善、适用性更广,可为后续集热器的设计和优化提供理论基础;新结构腔式吸热器热损失减小6.5%～56.8%,有良好的的经济效益;太阳能与燃料电池复合的冷热电联供系统提供了一种高效的太阳能与燃料电池能量利用方法;综合评价方法可为了冷热电联供系统的设计、优化等提供理论依据。